Partículas de polvo en el borde del sistema solar en el techo de TU

En el tejado del edificio de física Eugene-Paul-Wigner de la TU Berlín, no solo se puede mirar al espacio con la ayuda de un telescopio. Justo al lado, los investigadores encontraron en los sedimentos del suelo dos micrometeoritos. Uno de ellos probablemente proviene del borde del sistema solar.

El cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, fotografiado el 20 de noviembre de 2014 por la sonda Rosetta de la Agencia Espacial Europea ESA. En ese momento, Rosetta estaba a solo 31 kilómetros del cometa. Sobre todo, cuando se encuentra cerca del sol, el cometa lanza continuamente chorros de gas y polvo. Las partículas de polvo podrían luego aterrizar en la Tierra como micrometeoritos.

Microasteroide con una perla metálica en el borde. Se formó después de que, durante la fase de fusión en la atmósfera terrestre, los elementos níquel y hierro se separaron del resto. Al enfriarse, estos metales se solidificaron en una pequeña esfera adicional. De ella se puede deducir cómo el microasteroide entró en la atmósfera, es decir, con la pequeña esfera al frente.

Micro meteorito con patrón de tortuga, que se formó mediante procesos de cristalización especiales en la atmósfera terrestre. Probablemente proviene del sistema solar exterior y podría haberse separado de cometas que pasan cerca de Júpiter o de material rocoso en el cinturón de Kuiper, a una distancia aproximadamente 40 veces la distancia de la Tierra al Sol.

Los ciudadanos científicos pueden recolectar micrometeoritos en sus tejados y, con algo de práctica, identificarlos en un microscopio de luz. Los más experimentados de ellos han logrado, junto con un equipo de investigadores del TU Berlín y del Museo de Historia Natural de Berlín, así como otros científicos internacionales, determinar con alta probabilidad los lugares de origen de dos micrometeoritos en el sistema solar. Ambos se encontraban en polvo que fue recolectado en el techo del edificio de física Eugene-Paul-Wigner del TU Berlín. Por primera vez en este estudio se utilizó una simulación por computadora que considera una gran variedad de posibles órbitas, propiedades de las partículas y la influencia de la radiación cósmica en los micrometeoritos. Los datos de esta simulación se compararon con mediciones de los micrometeoritos en el acelerador de partículas VERA de la Universidad de Viena para determinar su lugar de origen.

Scott Peterson es un veterano del ejército de EE. UU., estudia ingeniería química en Minneapolis y, al mismo tiempo, se ocupa de su hijo como ama de casa. Además, es uno de los coleccionistas de micrometeoritos más expertos del mundo. Esta comunidad ha ido creciendo constantemente desde que en 2015 el músico de jazz noruego y ciudadano científico Jon Larsen, junto con el Imperial College de Londres, pudo demostrar por primera vez que los micrometeoritos no solo aparecen en lugares remotos como el fondo de los océanos o el hielo de la Antártida, sino también en nuestros techos.

Ciudadanos científicos identifican micrometeoritos

“Le pedimos a Scott que echara un vistazo a nuestras muestras, porque tiene el mejor ojo para identificar micrometeoritos bajo el microscopio”, cuenta la Dra. Jenny Feige, quien investiga polvo cósmico con una beca ERC-Starting del Consejo Europeo de Investigación. Primero en el Centro de Astronomía y Astrofísica (ZAA) del TU Berlín, hoy en el Museo de Historia Natural de Berlín, donde también se llevan a cabo otros proyectos sobre micrometeoritos junto con ciudadanos científicos. Antes de consultar a Scott Peterson, investigadores del TU Berlín subieron al techo del edificio de física con la cúpula del telescopio, barrieron y recolectaron los depósitos de las esquinas. “Todo se remoja en agua para eliminar las pequeñas hojas y similares. Luego calentamos el sedimento a 600 grados para destruir por completo microbios y otros materiales orgánicos. Después, se tamiza el material y comienza la búsqueda de los micrometeoritos”, explica Feige.

De narices y caparazones de tortuga

En la muestra había innumerables pequeñas bolas de entre 100 y 500 micrómetros, la mayoría de las cuales, en términos de los investigadores, representaban una “contaminación antropogénica”, es decir, procedentes de fuentes humanas como trabajos de soldadura, fuegos artificiales o simplemente restos de metal del tráfico. En la última submuestra, Scott Peterson encontró dos micrometeoritos que pudieron clasificarse en una clase específica por sus estructuras características. Estas estructuras se forman cuando partículas de polvo cósmico entran en la atmósfera terrestre y, por la fricción con las partículas de aire, se frenan y se calientan mucho hasta fundirse. Tras perder en promedio el 90% de su masa, el resto cristaliza al enfriarse, dependiendo del ángulo de entrada y la velocidad en la atmósfera, así como de la composición y las condiciones ambientales.

Uno de los micrometeoritos tiene un patrón que, debido a ciertos procesos de cristalización, se asemeja a un caparazón de tortuga. El otro, durante la fase de fusión, separó en su interior los elementos níquel y hierro del resto, y al enfriarse, se solidificaron en una pequeña bola adicional en el micrometeorito. “De esta ‘nariz’ incluso se puede deducir cómo entró en la atmósfera, es decir, con la bola delante”, explica Feige.

Los micrometeoritos pueden contar sobre las condiciones en el sistema solar

“Aún representa un gran desafío para la ciencia determinar el lugar de origen de los micrometeoritos encontrados en la Tierra”, dice la Dra. Beate Patzer, astrofísica teórica en el ZAA del TU Berlín. “Pero sería muy deseable, ya que los micrometeoritos pueden provenir de áreas muy diferentes de nuestro sistema solar, con condiciones muy distintas. La Tierra captura aproximadamente 100 toneladas de polvo interplanetario principalmente cada día. Los micrometeoritos son mucho más frecuentes que los meteoritos mayores, por lo que podríamos obtener muchos más datos de ellos y aprender mucho sobre nuestro sistema solar.”

Tiempo de vuelo hasta la Tierra

Una forma de determinar el origen de un micrometeorito es analizar isótopos radiactivos duraderos que se formaron en su camino por el espacio mediante la exposición a la radiación cósmica omnipresente en el cosmos. “A partir de la relación entre diferentes isótopos con distintos tiempos de semidesintegración y un modelo físico que describe su formación, se puede deducir el tiempo de vuelo de las partículas de polvo extraterrestre hasta la Tierra, y así su lugar de origen en el sistema solar”, explica Patzer.

Primera simulación por computadora para análisis

“Por primera vez, creamos una simulación por computadora compleja que considera las posibles órbitas de las partículas de polvo interplanetario, el tamaño de las partículas, su composición y densidad, perfiles de radiación del sol y la radiación cósmica del espacio interestelar, tasas de vaporización durante la entrada en la atmósfera terrestre y muchos otros parámetros”, dice Jenny Feige. Los investigadores se centraron en los isótopos radiactivos aluminio-26 y berilio-10.

Para poder medir las cantidades muy pequeñas de estos isótopos en los diminutos micrometeoritos, el equipo de investigación colaboró con el acelerador de partículas VERA en Viena. En la “Espectrometría de masas por acelerador” que allí se realiza, los elementos químicos no solo se separan por su masa, sino también por el número de protones en el núcleo, lo que permite una identificación inequívoca de los isótopos.

Tortuga del borde del sistema solar

Las concentraciones de aluminio-26 y berilio-10 en los micrometeoritos se compararon con los resultados de la simulación por computadora, que predice la acumulación de estos radioisótopos en los micrometeoritos según su tiempo de vuelo y, por tanto, su lugar de origen en el espacio. En este proceso, el origen de seis micrometeoritos recolectados en otros lugares quedó indeterminado; sin embargo, otros seis pudieron ser asignados con alta probabilidad a un lugar de origen, incluyendo los dos encontrados en el techo del TU Berlín: El micrometeorito con patrón de tortuga proviene del exterior del sistema solar y podría haberse desprendido de cometas que pasan cerca de Júpiter o de material rocoso en el cinturón de Kuiper, a una distancia aproximadamente 40 veces mayor que la distancia de la Tierra al Sol. En cambio, el micrometeorito con la “nariz” proviene del interior del sistema solar, de objetos cercanos a la Tierra o incluso del cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter.

“Con este resultado, pudimos demostrar la idoneidad fundamental de nuestro método”, dice Jenny Feige. En el futuro, permitirá aprender aún más sobre el cosmos a través de los micrometeoritos. “Especialmente los que están en nuestros techos son muy valiosos, ya que conocemos con precisión su tiempo de permanencia en la Tierra: no puede ser mayor que la antigüedad del techo mismo. Sin embargo, en hallazgos en el fondo del mar o en la Antártida, los micrometeoritos podrían tener millones de años, lo que hace que los resultados sean menos precisos.”